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穷人家的孩子,大脑发育也会落后?
酷尔化学 / 2016-05-20

在贫穷中长大的孩子,他们的大脑会被塑造成什么样子呢?神经生物学家正在进行相关研究。

 

 

生活贫困的孩子的大脑与普通人差别最明显的部位是海马体以及大脑前额叶。3D透视图中,蓝色区域为海马体,红色和黄色区域为大脑前额叶。图片来源:Jamie Hanson (Duke University, Durham, NC, and the University of North Carolina at Chapel Hill, Chapel Hill, NC).

认知神经生物学家玛莎·法拉赫(Martha Farah)之所以对大脑的早期发育产生兴趣,并非源于女儿的出生,而是因为她为女儿雇佣的保姆。这些保姆大部分也是母亲,她们大多单身,为了防止入不敷出,在接受政府补贴的同时还要做家庭佣人。法拉赫感觉自己渐渐融入了她们的生活:她与保姆一起吃饭、辅导她们的孩子,也会借钱给她们的亲戚。但是随着时间的流逝,法拉赫发现自己的孩子和她们的孩子渐渐还是走上了不同的生活轨道,对此她感到无能为力。

“刚开始的时候,这些孩子和我的女儿表现出相同的潜力:爱他们的母亲、学习写字、玩游戏、问问题,”宾夕法尼亚大学神经学和社会学中心的主任法拉赫说,“但是不知为何他们渐渐走上了不同的生活轨迹:学业成绩下降,选择权也越来越少。”

这些观察结果困扰着法拉赫,所以她开始着手研究这个现象。大量社会科学研究表明,孩子的社会经济状况(socioeconomic status,SES)可能影响着他们一生的健康状况、学业成绩以及心理健康,但是还没有人证明孩子的社会经济状况和大脑发育之间有明确的联系。法拉赫则开始琢磨,贫穷在限制了孩子脱离贫穷的机会的同时,会不会还影响了大脑发育,从而改变了他们的整个人生?

法拉赫产生这一想法是在15年之前,从那开始,社会学家、教育心理学家以及经济学家对将大脑的研究纳入社会科学领域这个想法产生了很高的热情。然而讽刺的是,法拉赫研究的神经科学的同事们都对她新发现的研究问题不感兴趣,而且项目基金评审还认为她这是将贫穷等同于一种大脑疾病,将贫困的孩子视为“有病”,这样的研究很不负责任。

在法拉赫团队发表第一篇关于这个话题的论文后的10年里[1],神经科学家和认知生理学家也开始进入相关研究。有6项研究发现家庭的社会经济状况和孩子童年时期的海马体容量有关;大量的研究指出贫穷的孩子大脑结构在其他部位也有差别,而且他们的大脑发育轨迹也会不同。近期,有研究开始寻找这些不同点与真实生活中的表现的联系,比如学业测试的成绩。即使这样,这些早期的研究结果到底意味着什么始终是个问题,而且大部分人一致认为这个领域才刚刚起步。

这项研究更广泛的意义不免让人担忧。如果在贫困的环境中成长会给童年时期的大脑留下印记,那么这是可以逆转的吗,在多大程度上可逆?导致这个结果的根本原因是什么?批评者也提出疑问,如果大家都知道帮助贫困家庭的社会项目能够改善贫困家庭的生活,再从神经科学的角度确认它起了作用真的有必要吗?

“我们的研究的确有了些发现。我认为贫穷确实会影响孩子的大脑发育,”威斯康星大学的一位心理学教授赛斯·波拉克(Seth Pollak)说,“不过在这方面我们必须要非常小心,因为这个领域很容易牵涉到一些争议性的政策含义。”

清晰可见的差别

在发达国家中,美国儿童的贫困水平相对来说是最高的,总共1500万个孩子,每5个孩子中就会有一个生活在政府制定的贫困线以下(四口之家的年收入低于$24250就会被定为贫困[2,3])。法拉赫说,经济的拮据不仅仅是缺钱这么简单,对于贫困儿童来说,经济的拮据会对孩子的营养、产前护理、家庭教育水平、邻居以及其他环境压力因素造成影响。最严重的影响之一就是成绩差距:总体来讲,与中产阶级以及富裕家庭的孩子相比,贫困家庭的孩子成绩更差,在标准化测试中得分较低,而且进入大学的人数也相对较少。而且,这种差距还在持续增长[4]。

“引入神经科学的研究方法以后,你会发现许多新的角度可以解释贫困对孩子的影响。” 法拉赫说。比如,和富裕的同龄孩子相比,贫困孩子的记忆力要差一些,神经科学的解释是,这可能因为在贫困家庭中成长会承担更多生活压力。大脑的海马区有个奇怪的设计:它既是巩固记忆的关键结构,又恰巧布满了压力相关的激素受体。

早期的研究结果揭示了一些有趣的矛盾。法拉赫和同事发现社会经济状况并非影响大脑所有的认知功能,而是集中在被认为与特定大脑回路相关的功能上:比如语言、记忆容量以及调节思维和情感的能力[1,5]。她的合作者包括当时还是她学生的金柏丽·诺贝尔(Kimberly Noble),现在是哥伦比亚大学教育学院神经科学与教育方向的教授,还有宾夕法尼亚大学的新生儿学专家哈勒姆·赫特(Hallam Hurt)。

华盛顿大学的早期语言专家帕特里夏·库尔(Patricia Kuhl)的功能核磁共振(MRI)研究显示,社会经济状况水平较低的5岁孩子,其大脑皮质区中反映阅读能力的重要区域表现出了较低水平的特化[6]。俄勒冈大学海伦·内维尔(Helen Neville)的团队测量了衡量大脑反应情况的事件相关电势(event-related potentials),结果表明社会经济状况较低的3~8岁孩子对特定的声音输入反应相对较慢[7]。

在过去的几年里,大多数的工作重点都集中在大脑结构差异上,包括早期关于杏仁核在处理恐惧和其他情感中的相关发现,以及前额皮质在决策制定和自控能力中作用的相关研究。在这些发现中最一致的部分,是社会经济状况较低的孩子的海马体普遍相对较小。

第一个关于海马体大小的研究报道来自波拉克的实验室。该研究基于大脑核磁共振(MRI)数据以及从美国国家发展数据库中提取的317个4~18岁孩子的家庭人口数据[8]。两年之后,华盛顿大学的琼·卢比(Joan Luby)以及她的同事对145个6~12岁的贫困儿童从入学前开始实施了持续的观察,发现和非贫困儿童相比,贫困儿童大脑的海马体明显要小很多[9]。

卢比的团队刚开始的研究目的并不是探索贫穷如何影响并改变大脑,他们的跟踪研究只是为了解释在抑郁症和其他精神疾病的研究中出现的多变性。但在统计数据时,他们发现信息量很大,卢比说。“这虽然不是我们本意,但是这些数据推动着我们继续研究下去。”研究人员还问了孩子以及他们的父母一些有关生活压力的事情,以便评估孩子的母亲对他们起到了多少鼓励和支持作用。经过统计学分析,研究人员发现,对于缺乏母亲关爱或者承受的家庭生活压力较大的孩子,贫困对他们大脑的影响会更明显。

在大脑结构与社会经济学联系方面规模最大的研究来自2015年3月份。诺贝尔等人对来自国家数据库的超过1000个3~20岁的个体的大脑核磁共振(MRI)扫描结果进行了分析, 他们[10]发现来自受教育水平(这是社会经济状况常用替代指标)较低的家庭的孩子的海马体容量相对较小。更重要的是,他们发现这些孩子在大脑皮质的表面区域也有差异。在童年时期以及青春期,大脑中的髓磷脂开始生成,神经元逐渐形成正确的连接,这个过程中大脑皮质厚度会降低,表面积增加,此前的研究已经显示这些结果和智力有关。在诺贝尔的研究中,平均来看,随着父母对孩子教育年限的增加,孩子的大脑皮质区的表面积也会相应的增加,特别是在与语言学习、阅读以及自我调节能力相关的皮质区域。这些影响也和收入有关,特别是在那些低收入的家庭中[10]。

 

 

根据汉森等人的研究工作[11],随着年龄的增长,家庭的社会经济状况与大脑灰质的容量成正相关。

复杂的结果

法拉赫称,研究大脑结构中可观测的变化,有一个好处就是它不像功能成像那样,需要提前知道哪些认知功能会被影响。但是,在结构研究中,如何解释结构变化也是一个难题。虽然在儿童大脑中海马体的差异已经在不同的研究中被确切证实了,但是在成人中却得不到一致的结果,难道这意味着这些孩子的大脑在成人时期又追上来了?而且研究人员对于这些差异出现的时间也不确定。波拉克和她的同事对比了低社会经济状况(low-SES)和中等社会经济状况(mid-SES)家庭孩子的大脑生长速率,她们发现贫困孩子大脑的生长速率从学步时期就开始下降,等到4岁的时候就已经有很大的差异了[11]。在一项对极贫困的儿童的纵向比较中,法拉赫和同事发现在刚出生后的几个月,大脑皮质区灰质的容量就已经表现出了不同,这可能意味着一些与贫困有关的大脑变化在出生前就已经产生了。

人类大脑的发育是非常复杂的,而且在这个过程中还有基因和环境之间的相互作用,所以怎样去理解这些结构的改变依然是个很棘手的问题。波拉克以及其他一些人强调这些结果是通过人口平均得到的,因而消除了许多由个体差异导致的误差。我们不能只看某一个特定的低社会经济状况(low-SES)家庭的孩子,然后只收集关于她大脑的数据。要理解长期的环境效应,并弄清孩子发育中的大脑是否(或者如何)补偿贫困带来的影响,还需要更多实验以体现孩子在面对贫困时的反应有何个体差异,加州大学伯克利分校的心理学及神经科学教授西尔维娅·邦奇(Silvia Bunge)说。这类反应包括了文化或个体特质面对压力而产生的保护性反应,正是它们产生了心理学家所说的“恢复力(resilience)”。

这个领域已经逐渐开始探索更复杂的关联。2015年,两项发表的研究明确将贫困家庭孩子的大脑结构变化和他们的成绩联系在了一起。通过对58个青少年的小规模研究,麻省理工大学约翰·加布里埃利(John Gabrieli)的团队首次将大脑皮层的容量和数学以及阅读课成绩联系了起来[12]。这项工作已于去年4月份发表。波拉克和同事在去年7月份发表的文章中分析了398个4~22岁儿童以及青少年的核磁共振扫描结果,在考虑了其他影响因素、对数据进行调整之后,发现大脑结构的差别是造成贫困家庭孩子和中等经济水平或者富裕家庭孩子存在20%成绩差距的原因[13]。将大脑测量与其结果联系在一起具有重要意义,从此我们就能够将大脑结构测量作为一种生物标记手段或者替代指标,用以帮助我们识别针对贫困家庭的社会干预手段是否有效,加布里埃利说。

但是,有些人却认为并不需要用这些标记来描述贫困问题或者针对贫困问题的解决方法。“深入研究贫困如何影响神经发育是一个很有意思的问题,”西北大学的心理学教授桑德拉·韦克斯曼(Sandra Waxman)说,“但是即使贫困儿童的大脑容量和结构与中等经济水平家庭孩子的一模一样,我们依然需要使用干预手段来帮助贫困家庭和儿童。”韦克斯曼解释说,如果让怀孕的低收入妇女接受教育对她们的孩子有积极的影响,那么这样做并不需要额外对孩子的大脑做神经方面的测定。该研究所传递出的信息也存在问题:用生物学方面的差别来描述这个问题可能会让决策者错误地认为这种影响是永久的。而实际上大脑是极具可塑性的,尤其是儿童。“对于这个问题我们需要特别谨慎,”邦奇说,“不能加深或者强化任何有关穷人的负面印象。”

但是这项研究的支持者表示,正是因为人们对生物学如此信任,神经科学才更应该被引入政治领域。“讨论社会公平并不总能引起人们的注意,”波拉克说,“但是如果你说‘看,这能影响孩子的大脑’,人们的关注点就会迅速转移到这个话题上。”他坚持认为这种改变是有效的。“一旦了解了这方面的研究,你就会想‘我的天呐,这是个生物医学问题。’贫穷真的会在生物学上改变并阻碍孩子的发展,并给社会带来了高昂的代价。”

寻找因果关系

贫穷到底是怎样影响大脑结构的呢?是因为出生前和幼年时期的生活压力吗?是因为感觉变得富有的机会渺茫吗?是因为父母压力大而没有给与孩子足够的关爱吗?是因为铅或者农药等有毒物质吗?亦或是因为营养不良?虽然科学家没有办法测试薪水对大鼠或者猴子会有什么影响,但是利用动物模型研究发现许多与贫困相关的环境因素可以影响大脑。卢比以及其他科学家的研究表明,压力和母爱——贫穷产生影响所需的介质——在动物模型中有很强的作用。

在一定程度上这是个无解的问题,波拉克说。他解释道,“人类的大脑有极强的恢复能力和多能性,我认为大脑可以承受许多压力而不会影响正常发育。然而诸多因素长时间的共同作用可能会影响孩子的大脑,而贫穷正属于这样的情况。”

无论研究人员的目的是理清作用机制,还是为了进一步证实贫困与大脑发育之间的联系,仅凭现在所做的那些观测性研究是不够的。加州大学欧文分校教育学教授格雷格·邓肯(Greg Duncan)说,关于因果关系的问题只能通过实验干预来解决。作为政府收入动态研究项目组的研究员,邓肯在前25年的职业生涯中,对成千上万的家庭进行了经济水平、健康状况以及许多社会因素的跟踪调查。该项目于1968年启动,现今仍然在运行,目的是评估林登·约翰逊总统任内开展的一项抗贫活动的效果[15]。这个项目促使邓肯后来与发育心理学家,以及像诺贝尔这样的神经科学家进行合作,研究家庭贫困对行为和大脑的影响。

在过去的几年中,邓肯和诺贝尔一直在为一项随机对照试验的经费和启动奔走,这项实验将能明确地回答收入水平是否与孩子的认知能力和大脑发育有关。研究人员设想的实验方式是,给1000个在美国四个不同地点出生的婴儿的低收入母亲发放为期三年的借记卡。这些随机分配给实验组的借记卡每月会存入$333,一些研究表明这个数额能够影响较年长孩子的认知发展[16],并且也同某些项目提供的福利水平相当,比如对有工作的穷人实行的联邦所得税抵免项目(the Federal Earned Income Tax Credit)。对照组的卡里则只会每月象征性的存入$20。这些家庭可以以他们希望的任何形式使用这些钱。到孩子的第二个生日时,研究人员将对他们的家庭氛围、文学活动、家庭压力以及家长的心理健康进行评估。到三岁的时候,孩子们将会收到一套全面的认知测试题。

在一项正在进行的包含30个纽约市家庭的预实验中,团队测试了每月发$100和$20这两个较小的数额会产生怎样不同的影响。“有些人认为在纽约薪水是相当高的,这些小金额报酬对他们来说不算什么,”邓肯说,“所以想要知道20美元对这些家庭有多重要也不太现实。”

许多心理学家怀疑直接发没有使用限制的现金对研究认知能力是否真的有帮助。“根据先前的研究,研究人员发现测试家庭并不会总是按照我们希望的方式消费这些现金,”邦奇说,“与其直接给他们钱,我更看好那些帮助人们自食其力的项目。”

但是诺贝尔认为,这些家庭完全可以以他们认为正确的方式使用这些钱,用这种做法研究贫穷是科学可行的。如果贫穷是认知能力受损的主要原因,那么提供现金就可能是最有效的解决方法。“贫穷对不同家庭的影响机制极有可能是不同的,”诺贝尔说,“在贫穷的经济状况下,父母能否为孩子买更多的书,能否缩短工作时间从而更多的陪陪孩子,又或者是能否降低支付租金的压力,这些因素在不同家庭是不同的。”